2022-2023学年人教版（2019）必修第二册 6.4生活中的圆周运动 课件（41张PPT）

第4节生活中的圆周运动第六章圆周运动观看摩托车比赛时经常被摩托车手娴熟的驾车技术、风驰电掣的车速震惊，想必你也会看到摩托车高速通过弯道时的情况，摩托车向里倾斜，甚至车手的膝盖几乎擦着地面，如图所示，你明白其中的道理吗？新知探究知识点

火车转弯1新知探究火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力。知识点

火车转弯1新知探究向心力的来源(1)若转弯时内外轨一样高,则由外轨对轮缘的弹力提供向心力,这样,铁轨和车轮极易受损。(2)内外轨有高度差。依据转弯半径和速度,适当选择内外轨的高度差,使转弯时所需的向心力由支持力和重力的合力来提供。知识点

火车转弯1新知探究1.轨道分析火车在转弯过程中,运动轨迹是一圆弧,由于火车转弯过程中重心高度不变,故火车轨迹所在的平面是水平面,而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。知识点

火车转弯1新知探究2.向心力分析如图所示,火车速度合适时,火车受重力和支持力作用,火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtanθ。知识点

火车转弯1新知探究3.规定速度分析

知识点

火车转弯1新知探究4.轨道轮缘压力与火车速度的关系(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时,内、外轨道对轮缘都没有侧压力。(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时,火车有离心运动趋势,故外轨道对轮缘有侧压力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时,火车有向心运动趋势,故内轨道对轮缘有侧压力。知识点

火车转弯1新知探究【例】有一列质量为100t的火车,以72km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400m。(g取10m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力。(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的正切值。知识点

火车转弯1新知探究解析：(1)外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力,由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小等于105

N。(2)火车过弯道,重力和铁轨对火车的弹力的合力正好提供向心力,答案：(1)1×105N

(2)0.1知识点

汽车过拱形桥2新知探究汽车过桥问题分析名师指点如图所示,在某次军事演习中,一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进,战车在哪一点对路面的压力最大?在哪一点对路面的压力最小呢?汽车过桥问题分析名师指点1.关于汽车过拱形桥问题,用图表概括如下:汽车过桥问题分析名师指点2.汽车在凸形桥的最高点处于失重状态,在凹形桥的最低点处于超重状态。汽车过桥问题分析名师指点【例】如图所示,质量m=2.0×104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面,两桥面的圆弧半径均为20m。如果桥面承受的压力不得超过3.0×105N,则:(1)汽车允许的最大速率是多少?(2)若以所求速度行驶,汽车对桥面的最小压力是多少?(g取10m/s2)汽车过桥问题分析名师指点点拨首先要确定汽车在何位置时对路面的压力最大,汽车经过凹形路面时,向心加速度方向向上,汽车处于超重状态;经过凸形路面时,向心加速度向下,汽车处于失重状态,所以汽车经过凹形路面最低点时,汽车对路面的压力最大。汽车过桥问题分析名师指点解析：(1)汽车在凹形桥底部时,由牛顿第二定律得代入数据解得v=10

m/s。(2)汽车在凸形桥顶部时,由牛顿第二定律得代入数据得FN'=1.0×105

N。由牛顿第三定律知汽车对桥面的最小压力是1.0×105

N。答案：(1)10m/s

(2)1.0×105N知识点

离心运动3新知探究1.定义:物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。2.原因:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力。3.应用:洗衣机的脱水桶,制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。知识点

离心运动3新知探究对离心运动的理解1.离心运动的实质:物体惯性的表现。做圆周运动的物体,总有沿着圆周切线飞出去的趋向,之所以没有飞出去,是因为受到向心力作用的缘故。一旦作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力,物体就会发生离心运动。2.离心运动的受力特点:物体做离心运动并不是物体受到离心力作用,而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在。知识点

离心运动3新知探究对离心运动的理解3.合外力与向心力的关系知识点

离心运动3新知探究对离心运动的理解常见几种离心运动的对比名师指点知识点

离心运动3新知探究【例】如图所示,高速公路转弯处弯道圆半径R=250m,汽车轮胎与路面间的动摩擦因数μ=0.25。若路面是水平的,问汽车转弯时不发生侧向滑动(离心现象)所许可的最大速率vm为多大?当超过vm时,将会出现什么现象?(g取10m/s2)知识点

离心运动3新知探究答案：90km/h

汽车做离心运动或出现翻车竖直面内的圆周运动名师指点小球分别在轻绳(如图甲)和轻杆(如图乙)的一端绕另一端在竖直平面内运动,请思考:(1)小球要在竖直平面内完成圆周运动,经过最高点时的最小速度能为零吗?(2)小球经过最高点时,与绳(或杆)之间的作用力可以为零吗?竖直面内的圆周运动名师指点竖直面内的圆周运动名师指点物体在竖直平面内做圆周运动时,通常受弹力和重力两个力的作用,物体做变速圆周运动,我们只研究在最高点和最低点两种情形,具体情况又可分为以下两种:竖直面内的圆周运动名师指点竖直面内的圆周运动名师指点竖直面内的圆周运动名师指点竖直面内的圆周运动名师指点【例】长L=0.5m质量可忽略的细杆,其一端可绕O点在竖直平面内转动,另一端固定着一个物体A.A的质量为m=2kg,当A通过最高点时,如图所示,求在下列两种情况下小球对杆的作用力:(1)A在最高点的速度为1m/s。(2)A在最高点的速度为4m/s。竖直面内的圆周运动名师指点

竖直面内的圆周运动名师指点(2)当A在最高点的速度为v2=4m/s时,因大于v0=m/s,此时物体A受到杆向下的拉力作用,根据牛顿第二定律有mg+F2=m解得F2=44N根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为44N,方向向上。答案：(1)16N向下(2)44N向上1．如图所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,下列关于小球运动的说法正确的是(

)A.F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动B.F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动C.F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动D.F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心课堂训练解析：若F突然消失,小球所受合力突变为0,将沿切线方向匀速飞出,选项A正确。若F突然变小不足以提供所需向心力,小球将做逐渐远离圆心的离心运动,选项B、D错误。若F突然变大,超过了所需向心力,小球将做逐渐靠近圆心的运动,选项C错误。答案：A课堂训练2．飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,此时座位对飞行员的支持力大于所受的重力,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血,四肢沉重,暂时失明,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的支持力影响。g取10m/s2,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为100m/s时,圆弧轨道的最小半径为(

)A.100m B.111m C.125m D.250m课堂训练课堂训练答案：C3．(多选)如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度,使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是(

)A.a处为拉力,b处为拉力

B.a处为拉力,b处为推力C.a处为推力,b处为拉力

D.a处为推力,b处为推力课堂训练解析：在a处受到竖直向下的重力,因此a处一定受到杆的拉力,因为小球在最低点时所需向心力沿杆由a指向圆心O,向心力是杆对球的拉力和重力的合力。小球在最高点b时杆对球的作用力有三种情况:(1)杆对球恰好没有作用力,这时小球所受的重力提供向心力,设此时小球速度为v临,由

。(2)当小球在b点,速度v>v临时,